Fase silikon dalam eutektik paduan aluminium-silikon akan tumbuh menjadi serpihan dalam kondisi pertumbuhan spontan, dan bahkan muncul fase silikon berbentuk lempengan poligonal yang tebal. Bentuk-bentuk fase silikon ini akan memecah matriks Al secara parah, sehingga menyebabkan konsentrasi tegangan pada ujung dan tepi fase Si, dan paduan tersebut cenderung mengikuti batas butir. Atau, lempengan silikon itu sendiri retak sehingga membentuk celah-celah, yang membuat paduan menjadi rapuh; sifat mekanisnya, terutama elongasi, berkurang secara signifikan, dan kemampuan pemotongannya menjadi buruk. Untuk mengubah kondisi silikon yang ada dan meningkatkan sifat mekanis paduan, teknologi perlakuan modifikasi telah digunakan sejak lama.
Teknologi Pengolahan Modifikasi
Teknologi Pengolahan Modifikasi
Unsur-unsur yang memiliki efek modifikasi terhadap silikon eutektik adalah: natrium (Na), strontium (Sr), belerang (S), lantanum (La), serium (Ce), antimon (Sb), telurium (Te), dan lain-lain. Penelitian saat ini berfokus pada beberapa unsur modifikator seperti natrium, strontium, dan unsur tanah jarang.
Kerusakan akibat Natrium (Na)
Natrium merupakan unsur metamorfik silikon eutektik yang paling awal dan paling efektif. Ada tiga cara untuk menambahkan natrium, yaitu dalam bentuk logam natrium, garam natrium, dan natrium karbonat.
Bahan modifikasi awal yang digunakan untuk natrium logam adalah natrium logam itu sendiri. Natrium memiliki efek modifikasi terbaik dan dapat secara efektif memperhalus struktur eutektik. Tambahkan sejumlah kecil (sekitar 0,005% hingga 0,01%) untuk menghilangkan fase silikon eutektik dari bentuk jarum, sehingga berubah menjadi bentuk serat yang sepenuhnya seragam. Namun, terdapat beberapa kelemahan dalam penggunaan metamorfosis logam Na. Pertama, suhu metamorfosisnya adalah 740℃, yang mendekati titik didih natrium (892℃). Oleh karena itu, cairan aluminium mudah mendidih, yang mengakibatkan percikan, sehingga mempercepat oksidasi cairan aluminium dan menimbulkan risiko operasional yang tidak aman. Kedua, berat jenis natrium kecil (0,97), dan natrium terkonsentrasi di lapisan permukaan cairan aluminium selama metamorfosis, sehingga cairan aluminium bagian atas mengalami modifikasi berlebihan, sedangkan bagian bawah mengalami modifikasi kurang, dan efek metamorfosis menjadi sangat tidak stabil. Pada saat yang sama, natrium mudah bereaksi dengan uap air untuk menghasilkan hidrogen, sehingga meningkatkan kandungan gas dalam cairan aluminium. Natrium sangat reaktif secara kimia dan mudah bereaksi dengan oksigen di udara. Umumnya, logam ini harus direndam dalam minyak tanah untuk pengawetan, dan minyak tanah tersebut harus dibuang sebelum digunakan. Ini juga merupakan hal yang sangat sulit, tetapi jika tidak dibuang, hal ini akan membawa gas dan inklusi ke dalam cairan aluminium.
Garam natrium. Bahan modifikasi yang umumnya digunakan dalam proses produksi adalah campuran yang mengandung garam halogen seperti NaF, yang memanfaatkan reaksi antara garam natrium dan aluminium untuk menghasilkan natrium guna berperan sebagai bahan modifikasi. Namun, garam-garam natrium ini mudah terlarut dalam uap air, yang akan meningkatkan kecenderungan paduan tersebut terhadap oksidasi getter. Selain itu, garam natrium ini memiliki efek korosif terhadap lingkungan dan membahayakan kesehatan tubuh.
Natrium karbonat. Bahan modifikasi berbasis natrium karbonat merupakan bahan modifikasi yang bebas polusi dan perlu dikembangkan untuk mengatasi masalah lingkungan yang timbul akibat penggunaan modifikasi berbasis garam natrium. Dengan kata lain, natrium karbonat digunakan untuk bereaksi dengan aluminium dan magnesium pada suhu tinggi guna menghasilkan natrium dan berperan sebagai agen metamorfik. Proses reaksi dan produk reaksinya tidak beracun. Demikian pula, agen modifikasi ramah lingkungan ini juga memiliki masalah penyerapan air dan meningkatkan kecenderungan paduan aluminium untuk mengalami oksidasi.
Ada kelemahan lain yang tidak dapat diabaikan saat menggunakan modifikasi natrium, yaitu waktu modifikasinya singkat, dan zat ini bukanlah agen modifikasi jangka panjang. Masa berlaku modifikator garam natrium hanya 30 menit hingga 60 menit. Setelah waktu tersebut, efek modifikasinya akan hilang dengan sendirinya. Semakin tinggi suhunya, semakin cepat efek modifikasinya hilang. Oleh karena itu, cairan aluminium yang telah dimodifikasi harus segera digunakan, dan harus dimodifikasi ulang saat dilelehkan kembali. Selain itu, proses modifikasi natrium sulit dikendalikan secara akurat, sehingga metode modifikasi natrium secara bertahap mulai digantikan oleh beberapa metode modifikasi jangka panjang.
Metamorfisme Strontium (Sr)
Strontium (Sr) adalah zat yang beraksi lama pengubah, efek modifikasi Sr setara dengan natrium, dan tidak memiliki kelemahan seperti pada modifikasi natrium, sehingga merupakan bahan modifikasi yang menjanjikan. Inggris, Belanda, dan negara-negara lain telah mulai mempromosikan penerapan teknologi perlakuan modifikasi strontium (Sr) pada awal tahun 1980-an. Saat ini, banyak penelitian telah dilakukan mengenai degradasi strontium baik di dalam maupun luar negeri. Skala penggunaan strontium (Sr) sebagai pengganti natrium atau garam natrium di Tiongkok juga semakin meningkat.
Metamorfisme strontium memiliki kelebihan-kelebihan berikut:
- Efek pemudaran warnanya bagus dan masa berlakunya lama;
- Proses pelapukan ini bebas asap, tidak beracun, tidak mencemari lingkungan, tidak menyebabkan korosi pada peralatan dan perkakas, tidak membahayakan kesehatan, serta mudah dioperasikan;
- Mudah memperoleh sifat mekanis yang memuaskan;
- Bahan yang telah diisi ulang tersebut mengalami proses peleburan ulang dan metamorfosis;
- Hasil pengecoran yang tinggi dan manfaat ekonomi menyeluruh yang luar biasa.
